深度学习算法transformer(时序预测)

 transformer代码部分(关于原理网上资料已经很多,这里只展示代码,数据集为开源ETT数据集)

本文采用nn.Transformer,nn.Transformer没有加入embedding、位置embedding、linear+softmax

本文使用的是时序数据,embedding使用的是nn.Linear;位置embedding使用的是传统常见的位置embedding,详情见代码;nn.Transformer之后再接一个nn.Linear做预测

encoder的输入序列长度是seq_length = 96,decoder的输入序列长度label_length + pred_length = 72

讲的比较好的transformer原理Transformer模型详解(图解最完整版) - 知乎

1. 导入必须要的包

import torch
import torch.nn as nn
import numpy as np
import pandas as pd
import plotly.express as px
from sklearn import metrics
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader

2. 定义transformer网络

class PositionalEncoding(nn.Module):
    def __init__(self, d_model, device, max_len=5000):
        super(PositionalEncoding, self).__init__()
        position = torch.arange(0, max_len).unsqueeze(1)
        div_term = torch.exp(torch.arange(0, d_model, 2) * -(np.log(10000.0) / d_model))
        pe = torch.zeros(max_len, d_model)
        pe[:, 0::2] = torch.sin(position * div_term)
        pe[:, 1::2] = torch.cos(position * div_term)
        self.pe = pe.unsqueeze(0).transpose(1, 0).to(device)

    def forward(self, x):
        return self.pe[:x.size(0), :]

class TransformerTimeSeriesModel(nn.Module):
    def __init__(self, input_size, d_model, device, nhead,
                 num_encoder_layers, num_decoder_layers, dim_feedforward, dropout=0.1):
        super(TransformerTimeSeriesModel, self).__init__()

        self.value_encoding = nn.Linear(input_size, d_model)

        self.positional_encoding = PositionalEncoding(d_model, device)
        self.transformer = nn.Transformer(d_model=d_model, nhead=nhead,
                                   
Transformer模型是一种基于自注意力机制的深度学习模型,最初被用于机器翻译任务。然而,由于其卓越的性能和广泛的应用领域,它也被应用于时序数据预测任务。 时序数据预测是指根据过去的观测数据来预测未来的数值、类别或者序列。Transformer模型在时序数据预测任务中的应用可以通过以下几个方面进行综述: 1. 时间序列建模:Transformer可以用于对时间序列进行建模,其自注意力机制能够捕捉到不同时间步之间的依赖关系。通过输入历史数据,Transformer可以学习到时间序列中的模式和趋势,并用于预测未来的数值。 2. 序列到序列预测Transformer可以将时序数据预测任务转化为一个序列到序列的问题。通过将历史观测数据作为输入序列,目标数值作为输出序列,可以训练一个Transformer模型来学习输入与输出之间的映射关系,从而进行未来数值的预测。 3. 多步预测:除了单步预测外,Transformer还可以进行多步预测,即根据历史观测数据预测未来多个时间步的数值。这可以通过将输出序列的数值作为输入序列的一部分来实现,逐步生成未来的数值。 4. 多变量预测Transformer可以处理多变量时序数据预测任务,即输入数据包含多个特征。通过将多个特征作为输入序列的一部分进行建模,Transformer可以学习到不同特征之间的关系,并用于预测未来的数值。 总的来说,Transformer模型在时序数据预测任务中具有较好的表现,可以捕捉到时间序列中的长期依赖关系,并且适用于处理多变量预测和多步预测等复杂任务。
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